如何學好熱力學？

01-13

大學相關專業畢業的，幾門相關課程，一門死記硬背拿了高分，一門馬馬虎虎學習的低分飄過，還有一門好好學了結果沒及格。現在後輩請教學習經驗真沒臉回答。

如果只是學「熱力學」，可以有很多不一樣的程度：

第一種，學的就只是「熱力學」。一般化學專業的「化學原理」課差不多就是這個難度。這種學法其實會覺得熱力學有點難，這樣要求把熱力學的基本體系弄得非常清楚，一個一個概念地理解過去，尤其重要的是要掌握一些宏觀的可測量量、熱力學函數的直觀的物理意義，力求把如「熵」「自由能」這樣的抽象概念直觀地「理解」出來，最好還是能在心中積累一些實例，一些經典的模型和圖像；

第二種，有推導地學習「熱力學」，但「熱」而不「統」。這個難度的書接近物理系「熱學」或「物理化學」課程和「熱統」課程前一半的難度，國內「熱學」的參考書常見的有趙凱華、秦允豪的書，都不妨看看，「熱統」的書我在這個回答裡面提到一些，可以參考請推薦幾本為凝聚態物理方向作準備的研究生教材（例如平衡統計或非平衡統計）？。學習的過程中參考Kubo的習題集來學習，習題集還有一本復旦影印黃皮《統計物理論題》和沈惠川先生的上下兩冊熱物理習題可以參考。這一部分學習的主要應該圍繞Legendre變換展開，即從：dU=-pdV+TdS+μdN出發，導出H，F，G的過程和相關應用。

第三種，不但「熱」而且「統」。這個難度的學習除了前面提到的一些內容之外，我再次推薦這本較基礎但是非常精彩不容錯過的：Entropy, Order Parameters, and Complexity 『PDF下載地址： http://pages.physics.cornell.edu/~sethna/StatMech/EntropyOrderParametersComplexity.pdf』這一程度的學習的關鍵是掌握真正統計物理的語言，在學習的時候我建議儘可能拋開如汪志誠教材的體系，多看看國外其它的一些書的講法。汪先生的教材的一個小問題就在於，如果用於教學，前面的熱力學部分有點多，而後面的統計物理，又有一半在講「獨立粒子」的統計問題。很多學校一學期的「熱力學?統計物理」課只能教到「獨立粒子」的統計剛剛結束的地方，我覺得這是很有問題的。統計物理最重要還是要掌握現在最常見的Gibbs之後的「系綜理論」，這樣纔可以讓我們真正來面對存在相互作用的粒子體系。在瞭解了「系綜理論」的基本處理問題的方法後，聯繫「微正則」「正則」「巨正則」和「等溫等壓」等各種不同的系綜的構造方法，回國頭來理解「熵」「自由能」「巨勢」和「Gibbs自由能」，這時候對「熱力學」的理解一定可以上一個臺階。

第四種，不但「平衡態熱力學」而且「非平衡熱力學」。那麼首先是要去瞭解究竟怎樣纔可以將「非平衡」的問題變得可解，從平衡態附近到遠離平衡態，從局域的平衡過度到變成了「場」的熱力學量，瞭解這些變化前後的物理和大家常用的一些描述方法。對於非平衡態的問題，我個人覺得針對自己的研究方向，瞭解一些最新的進展也是很重要的。例如關注熱力學第二定律，不妨多自己查閱資料學習關於Jarzynski定理的應用有關的最新進展。如果遠離平衡態，我自己僅有一些很初步的瞭解，參考書可以看看一些如中科大出版的一本《非線性化學》和Prigogine的大量著作。

一樓的講的很深了，作為我的經驗，就是弄清楚幾個熱力學參數與熱力學概念之間的關係，自由能，焓，熵，他們都可以相互推導，而這個推導是由什麼串起來的，例如吉布斯一赫姆霍茲公式G=H-TS，注意條件。

LS回答的很全面。補充一點，注意各種上下標= =實在不行就先用中文具體寫出上下標的含義，等熟練了再直接寫上下標。